JP3366858B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents
回転電機の制御装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の制御装
置に係り、特に永久磁石回転電機における電磁振動及び
騒音の低減に関する。
置に係り、特に永久磁石回転電機における電磁振動及び
騒音の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石回転電機は、固定子と回転子を
備える。固定子は、略等間隔に巻線スロットが形成され
た固定子鉄心と、前記巻線スロットに巻線された固定子
巻線を備える。固定子巻線の起磁力分布は、正弦波（基
本波）に空間高調波が重畳された分布となり、固定子巻
線電流に比例して時間変動する。また、固定子の内径側
は固定子鉄心の巻線スロットの開口部とティース部が交
互に概略等間隔に存在するので、固定子の磁気パーミア
ンス分布も固定子鉄心の巻線スロットを周期とするリッ
プルを含有する。固定子がエアギャップに形成する磁界
の磁束密度は、この固定子の起磁力分布と該固定子の磁
気パーミアンスの積であるので、この磁束密度は空間高
調波成分を含有する。また、回転子は、回転子鉄心にあ
る間隔を置いて設けた溝部に挿入して固定した永久磁石
を備える。従って、回転子がエアギャップに作る磁界の
磁束密度も、同様に、リップルを含有し、且つ回転移動
するので、時間的に変動する。
備える。固定子は、略等間隔に巻線スロットが形成され
た固定子鉄心と、前記巻線スロットに巻線された固定子
巻線を備える。固定子巻線の起磁力分布は、正弦波（基
本波）に空間高調波が重畳された分布となり、固定子巻
線電流に比例して時間変動する。また、固定子の内径側
は固定子鉄心の巻線スロットの開口部とティース部が交
互に概略等間隔に存在するので、固定子の磁気パーミア
ンス分布も固定子鉄心の巻線スロットを周期とするリッ
プルを含有する。固定子がエアギャップに形成する磁界
の磁束密度は、この固定子の起磁力分布と該固定子の磁
気パーミアンスの積であるので、この磁束密度は空間高
調波成分を含有する。また、回転子は、回転子鉄心にあ
る間隔を置いて設けた溝部に挿入して固定した永久磁石
を備える。従って、回転子がエアギャップに作る磁界の
磁束密度も、同様に、リップルを含有し、且つ回転移動
するので、時間的に変動する。
【０００３】エアギャップの磁束密度は、固定子が作る
磁束と回転子が作る磁束を合成したものであるから、こ
のエアギャップでの磁束密度は、基本波成分に高調波成
分が重畳された分布をもち、時間と共に変動する。
磁束と回転子が作る磁束を合成したものであるから、こ
のエアギャップでの磁束密度は、基本波成分に高調波成
分が重畳された分布をもち、時間と共に変動する。
【０００４】回転子に作用するトルクは、エアギャップ
に蓄えられた磁気エネルギーの角度微分であるので、こ
のエアギャップの磁束密度のリップルによって発生トル
クに脈動が発生する。このトルク脈動が原因となって、
永久磁石回転電機に大きな振動や騒音が発生する場合が
ある。
に蓄えられた磁気エネルギーの角度微分であるので、こ
のエアギャップの磁束密度のリップルによって発生トル
クに脈動が発生する。このトルク脈動が原因となって、
永久磁石回転電機に大きな振動や騒音が発生する場合が
ある。
【０００５】固定子巻線電流を制御してトルクの脈動を
低減するために、特開平8-331884号公報には、各相電流
の絶対値が最大値となる電気角の±30度の範囲で、その
正弦波の最大値を上限とする増減補正を行う相電流補正
手段と、相電流の総和を平衡させる平衡手段を備えた同
期モータの制御装置が開示されており、これらの手段に
より、相電流の転移時に発生トルクが減少するのを補正
する方法を提案している。
低減するために、特開平8-331884号公報には、各相電流
の絶対値が最大値となる電気角の±30度の範囲で、その
正弦波の最大値を上限とする増減補正を行う相電流補正
手段と、相電流の総和を平衡させる平衡手段を備えた同
期モータの制御装置が開示されており、これらの手段に
より、相電流の転移時に発生トルクが減少するのを補正
する方法を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】回転電機の電磁騒音の
原因としては、トルク脈動以外に固定子の円環振動を挙
げることができる。固定子に作用する径方向の電磁力
は、この固定子の円環振動を引き起こし、それが固定子
外周の固定子フレームに伝搬して該固定子フレームを振
動させることにより騒音となる。特に径方向の電磁力高
調波成分の空間次数及び周波数が固定子共振モード及び
周波数に一致すると、固定子が共振を起こして大きな騒
音を発生することになる。
原因としては、トルク脈動以外に固定子の円環振動を挙
げることができる。固定子に作用する径方向の電磁力
は、この固定子の円環振動を引き起こし、それが固定子
外周の固定子フレームに伝搬して該固定子フレームを振
動させることにより騒音となる。特に径方向の電磁力高
調波成分の空間次数及び周波数が固定子共振モード及び
周波数に一致すると、固定子が共振を起こして大きな騒
音を発生することになる。
【０００７】トルク脈動は接線方向の電磁力の時間変動
であるから、このトルク脈動を低減する制御装置は、こ
の径方向電磁力に起因する騒音を低減することができな
い。
であるから、このトルク脈動を低減する制御装置は、こ
の径方向電磁力に起因する騒音を低減することができな
い。
【０００８】本発明の目的は、回転電機において、径方
向の電磁力の変動による振動を低減することにある。
向の電磁力の変動による振動を低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定子鉄心に
固定子巻線を施した固定子と磁極を形成した回転子を備
えた回転電機の前記固定子巻線と直流電源の間に介在さ
れるインバータと、前記回転子の磁極位置に応じた駆動
電流波形信号を発生する駆動波形発生回路と、前記駆動
電流波形信号と固定子巻線電流検出信号に基づいて前記
固定子巻線に駆動電流を流すように前記インバータを制
御する電流制御回路を備えた回転電機の制御装置におい
て、前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁
力の変動情報を記憶する電磁力変動記憶装置と、前記回
転子の磁極位置に応じて前記電磁力変動記憶装置から読
み出した電磁力変動情報に基づいてこの電磁力変動を補
正する補正情報を発生する補正情報発生回路と、前記補
正情報によって駆動電流波形を補正する駆動波形補正手
段を設けたことを特徴とし、または、前記固定子巻線を
施した固定子鉄心に作用する電磁力の変動を検出する電
磁力変動検出手段と、この電磁力変動検出手段により検
出した信号を基に電磁力高調波成分を計算する電磁力高
調波演算装置と、前記回転子の磁極位置に応じて前記電
磁力高調波演算装置から電磁力高調波成分を読み出して
電磁力変動を補正する補正情報を発生する補正情報発生
回路と、補正情報に基づいて前記駆動電流波形を補正す
る駆動波形補正手段を設けたことを特徴とする。
固定子巻線を施した固定子と磁極を形成した回転子を備
えた回転電機の前記固定子巻線と直流電源の間に介在さ
れるインバータと、前記回転子の磁極位置に応じた駆動
電流波形信号を発生する駆動波形発生回路と、前記駆動
電流波形信号と固定子巻線電流検出信号に基づいて前記
固定子巻線に駆動電流を流すように前記インバータを制
御する電流制御回路を備えた回転電機の制御装置におい
て、前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁
力の変動情報を記憶する電磁力変動記憶装置と、前記回
転子の磁極位置に応じて前記電磁力変動記憶装置から読
み出した電磁力変動情報に基づいてこの電磁力変動を補
正する補正情報を発生する補正情報発生回路と、前記補
正情報によって駆動電流波形を補正する駆動波形補正手
段を設けたことを特徴とし、または、前記固定子巻線を
施した固定子鉄心に作用する電磁力の変動を検出する電
磁力変動検出手段と、この電磁力変動検出手段により検
出した信号を基に電磁力高調波成分を計算する電磁力高
調波演算装置と、前記回転子の磁極位置に応じて前記電
磁力高調波演算装置から電磁力高調波成分を読み出して
電磁力変動を補正する補正情報を発生する補正情報発生
回路と、補正情報に基づいて前記駆動電流波形を補正す
る駆動波形補正手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１１】図１は、本発明の第１の実施形態における
永久磁石回転電機の制御装置の回路ブロック図である。
図２は、この実施形態における永久磁石回転電機の縦断
側面図、図３は同縦断正面図である。
永久磁石回転電機の制御装置の回路ブロック図である。
図２は、この実施形態における永久磁石回転電機の縦断
側面図、図３は同縦断正面図である。
【００１２】図２及び図３において、１は永久磁石回転
電機、２は回転子、２１は固定子である。
電機、２は回転子、２１は固定子である。
【００１３】回転子２は、シャフト２０に嵌着した回転
子鉄心１９と該回転子鉄心１９に設けた磁極形成用永久
磁石１８を備える。シャフト２０には、更に、回転子２
の磁極位置を検出する位置検出器６と回転速度を検出す
るエンコーダ７が取り付けられる。
子鉄心１９と該回転子鉄心１９に設けた磁極形成用永久
磁石１８を備える。シャフト２０には、更に、回転子２
の磁極位置を検出する位置検出器６と回転速度を検出す
るエンコーダ７が取り付けられる。
【００１４】一方、固定子２１は、固定子鉄心１７と、
この固定子鉄心１７に形成した巻線スロット１７ａと、
この巻線スロット１７ａに巻線されて回転磁界を発生さ
せる固定子巻線３と、固定子鉄心１７の温度を検出する
温度センサ２２を備える。なお、１７ｂは固定子鉄心１
７のヨーク部、１７ｃはティース部である。
この固定子鉄心１７に形成した巻線スロット１７ａと、
この巻線スロット１７ａに巻線されて回転磁界を発生さ
せる固定子巻線３と、固定子鉄心１７の温度を検出する
温度センサ２２を備える。なお、１７ｂは固定子鉄心１
７のヨーク部、１７ｃはティース部である。
【００１５】次に、この永久磁石回転電機１を制御する
制御装置を図１を用いて説明する。この制御装置は、速
度制御機能を備え、駆動電流波形を正弦波とする例であ
る。演算処理を行う制御系の多くはマイクロコンピュー
タを利用して構成するが、ここではその制御処理機能を
制御回路として表示して説明する。
制御装置を図１を用いて説明する。この制御装置は、速
度制御機能を備え、駆動電流波形を正弦波とする例であ
る。演算処理を行う制御系の多くはマイクロコンピュー
タを利用して構成するが、ここではその制御処理機能を
制御回路として表示して説明する。
【００１６】インバータ４は、直流電源５から受電して
永久回転電機１の固定子巻線３に固定子巻線電流（駆動
電流）を供給する。
永久回転電機１の固定子巻線３に固定子巻線電流（駆動
電流）を供給する。
【００１７】位置検出回路１４は、位置検出器６から出
力される回転子２の磁極位置検出信号とエンコーダ７か
ら出力される回転速度検出信号に基づいて位置情報θを
求めて出力する。
力される回転子２の磁極位置検出信号とエンコーダ７か
ら出力される回転速度検出信号に基づいて位置情報θを
求めて出力する。
【００１８】速度制御回路（ＡＳＲ）１６は、速度指令
ωｓと、位置検出回路１４からの位置情報θをＦ／Ｖ変
換器１５により変換して得た実速度ωｆとを入力して、
その差ωｅ（＝ωｓ−ωｆ）を算出し、これに基づくＰ
Ｉ制御（Ｐ：比例項、Ｉ：積分項）等によって、平均ト
ルク指令Ｔａｖと、必要に応じて位相シフト指令とを出
力する。
ωｓと、位置検出回路１４からの位置情報θをＦ／Ｖ変
換器１５により変換して得た実速度ωｆとを入力して、
その差ωｅ（＝ωｓ−ωｆ）を算出し、これに基づくＰ
Ｉ制御（Ｐ：比例項、Ｉ：積分項）等によって、平均ト
ルク指令Ｔａｖと、必要に応じて位相シフト指令とを出
力する。
【００１９】正弦波発生回路１０は、位置検出器６から
出力される位置情報θに基づいて、固定子巻線３の誘起
電圧と同相または必要に応じて位相シフトした正弦波基
本波形（駆動電流波形）信号Ｉａｖを発生する。
出力される位置情報θに基づいて、固定子巻線３の誘起
電圧と同相または必要に応じて位相シフトした正弦波基
本波形（駆動電流波形）信号Ｉａｖを発生する。
【００２０】電磁力変動記憶装置１３は、固定子２１の
円環振動の原因となる電磁力の変動情報を記憶する。そ
して、この電磁力変動情報を位置情報θに従って読み出
して補正係数発生回路１２に供給する。
円環振動の原因となる電磁力の変動情報を記憶する。そ
して、この電磁力変動情報を位置情報θに従って読み出
して補正係数発生回路１２に供給する。
【００２１】補正係数発生回路１２は、固定子２１の円
環振動の主因たる電磁力高調波成分を打ち消すような補
正係数β（ｔ）を生成する。ここで、ｔは時間を示し、
補正係数は時間によって変化する。固定子２１の円環振
動の量は、固定子鉄心１７の温度に影響されるので、補
正係数発生回路１２は、温度センサ２２により検出した
固定子鉄心温度情報Ｔｈを加味して補正係数β（ｔ）を
求める。
環振動の主因たる電磁力高調波成分を打ち消すような補
正係数β（ｔ）を生成する。ここで、ｔは時間を示し、
補正係数は時間によって変化する。固定子２１の円環振
動の量は、固定子鉄心１７の温度に影響されるので、補
正係数発生回路１２は、温度センサ２２により検出した
固定子鉄心温度情報Ｔｈを加味して補正係数β（ｔ）を
求める。
【００２２】乗算器２３は、前記補正係数β（ｔ）を前
記速度制御回路（ＡＳＲ）１６により生成した平均トル
ク指令Ｔａｖに乗算して、補正済みトルク指令Ｔｍｏｄ
を求める。
記速度制御回路（ＡＳＲ）１６により生成した平均トル
ク指令Ｔａｖに乗算して、補正済みトルク指令Ｔｍｏｄ
を求める。
【００２３】２相−３相変換回路１１は、補正済みトル
ク指令Ｔｍｏｄと正弦波基本波形信号Ｉａｖを入力し、
固定子巻線３の各相の巻線に流す駆動電流の電流指令Ｉ
ｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃを生成する。
ク指令Ｔｍｏｄと正弦波基本波形信号Ｉａｖを入力し、
固定子巻線３の各相の巻線に流す駆動電流の電流指令Ｉ
ｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃを生成する。
【００２４】固定子巻線３の各相の電流を制御する相電
流制御回路（ＡＣＲ）９ａ，９ｂ，９ｃは、前記電流指
令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃと電流検出器８ａ，８ｂ，８
ｃからの電流検出信号Ｉｆａ，Ｉｆｂ，Ｉｆｃに応じた
制御信号をインバータ４に与えて各相の駆動電流を制御
することにより、回転子２の回転位置に応じた回転磁界
を発生させる。
流制御回路（ＡＣＲ）９ａ，９ｂ，９ｃは、前記電流指
令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃと電流検出器８ａ，８ｂ，８
ｃからの電流検出信号Ｉｆａ，Ｉｆｂ，Ｉｆｃに応じた
制御信号をインバータ４に与えて各相の駆動電流を制御
することにより、回転子２の回転位置に応じた回転磁界
を発生させる。
【００２５】このような永久磁石回転電機１における電
磁力の変動を図４及び図５を参照して説明する。
磁力の変動を図４及び図５を参照して説明する。
【００２６】図４は、この実施形態における電磁振動騒
音の原因の中で最も低次で大きな騒音を発生する空間次
数が０次の電磁力高調波による固定子２１の振動モード
を示したものである。空間０次の振動モードは、振動の
節または腹が存在しないモードである。すなわち、この
振動モードにおいて、固定子２１は、周方向に一様に、
径方向に伸縮する。
音の原因の中で最も低次で大きな騒音を発生する空間次
数が０次の電磁力高調波による固定子２１の振動モード
を示したものである。空間０次の振動モードは、振動の
節または腹が存在しないモードである。すなわち、この
振動モードにおいて、固定子２１は、周方向に一様に、
径方向に伸縮する。
【００２７】図５は、空間０次の電磁力高調波成分を示
したものである。
したものである。
【００２８】次に、固定子巻線電流と固定子に作用する
径方向電磁力の関係を図６及び図７を用いて説明する。
固定子２１の径方向電磁力の値は、この固定子２１に対
する回転子２の相対位置と固定子巻線電流の値によって
一義的に求めることができる。図７は、固定子巻線３の
ある一つの相の電流波形である。この実施形態において
は、固定子巻線３に正弦波電流を流したときには、図４
に示すような振動モードで、図５に示すような時間次数
の電磁力高調波成分が発生する。なお、最も大きい成分
は時間次数０である。しかし、この時間次数０次の成分
は、時間には依存しない直流成分であるので、静的な力
で中心方向に作用し、従って、この時間次数０次の成分
は振動には寄与しない。この実施形態では、時間次数６
次と１２次が円環振動を発生させる主要な成分である。
径方向電磁力の関係を図６及び図７を用いて説明する。
固定子２１の径方向電磁力の値は、この固定子２１に対
する回転子２の相対位置と固定子巻線電流の値によって
一義的に求めることができる。図７は、固定子巻線３の
ある一つの相の電流波形である。この実施形態において
は、固定子巻線３に正弦波電流を流したときには、図４
に示すような振動モードで、図５に示すような時間次数
の電磁力高調波成分が発生する。なお、最も大きい成分
は時間次数０である。しかし、この時間次数０次の成分
は、時間には依存しない直流成分であるので、静的な力
で中心方向に作用し、従って、この時間次数０次の成分
は振動には寄与しない。この実施形態では、時間次数６
次と１２次が円環振動を発生させる主要な成分である。
【００２９】固定子２１の振動モードにおける共振周波
数と電磁力高調波の周波数が一致したときに、固定子２
１が共振して大きな振動となって騒音を発生する。ここ
では、時間次数１２次の成分が共振を励起する事例につ
いて説明する。但し、駆動電流波形の基本周波数を時間
次数の基準とする。
数と電磁力高調波の周波数が一致したときに、固定子２
１が共振して大きな振動となって騒音を発生する。ここ
では、時間次数１２次の成分が共振を励起する事例につ
いて説明する。但し、駆動電流波形の基本周波数を時間
次数の基準とする。
【００３０】図６は、電磁力高調波成分の直流成分（時
間次数０次の成分）と時間次数が１２次の電磁力の振動
を位相も考慮して加え合わせたときの電磁力変動を示し
ている。この電磁力変動は、次式で表すことができる。
間次数０次の成分）と時間次数が１２次の電磁力の振動
を位相も考慮して加え合わせたときの電磁力変動を示し
ている。この電磁力変動は、次式で表すことができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで、Ｆ0,0とＦ0,12は、それぞれ、空
間次数０次，時間次数０次及び空間次数０次，時間次数
１２次の電磁力高調波成分の振幅である。α0,12は、空
間０次，時間１２次の電磁力高調波成分の位相である。
これらの振幅と位相は、実験あるいは数値解析の高調波
解析で求めることができる。このときの固定子巻線３の
駆動電流波形は、図７に示すように、正弦波基本波形で
ある。空間次数０次，時間次数０次及び空間次数０次，
時間次数１２次の電磁力高調波成分は、固定子巻線３の
駆動電流によって変化する。図６に示した電磁力変動に
おいて、電磁加振力が大きいときにはトルク指令を小さ
くし、逆に、電磁加振力が小さいときにはトルク指令を
大きくすることにより、電磁力を一定にして振動及び騒
音を低減することができる。
間次数０次，時間次数０次及び空間次数０次，時間次数
１２次の電磁力高調波成分の振幅である。α0,12は、空
間０次，時間１２次の電磁力高調波成分の位相である。
これらの振幅と位相は、実験あるいは数値解析の高調波
解析で求めることができる。このときの固定子巻線３の
駆動電流波形は、図７に示すように、正弦波基本波形で
ある。空間次数０次，時間次数０次及び空間次数０次，
時間次数１２次の電磁力高調波成分は、固定子巻線３の
駆動電流によって変化する。図６に示した電磁力変動に
おいて、電磁加振力が大きいときにはトルク指令を小さ
くし、逆に、電磁加振力が小さいときにはトルク指令を
大きくすることにより、電磁力を一定にして振動及び騒
音を低減することができる。
【００３３】電磁力を一定の値としてＦ0,0にする事例
について説明する。先ず、（数２）を満足するような補
正係数β(t)を求める。
について説明する。先ず、（数２）を満足するような補
正係数β(t)を求める。
【００３４】
【数２】
【００３５】補正係数β(t)により正弦波基本波形（信
号Ｉａｖ）を変形した電流指令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃ
を生成して駆動電流を制御することにより、時間次数１
２次成分による電磁力の変動を抑制し、電磁力をＦ0,0
に保つことができる。ここで、補正係数β(t)は（数
３）で表すことができる。
号Ｉａｖ）を変形した電流指令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃ
を生成して駆動電流を制御することにより、時間次数１
２次成分による電磁力の変動を抑制し、電磁力をＦ0,0
に保つことができる。ここで、補正係数β(t)は（数
３）で表すことができる。
【００３６】
【数３】
【００３７】ここで、Ｆ0,12はＦ0,0に比較して十分に
小さいので、（数４）が成り立つ。
小さいので、（数４）が成り立つ。
【００３８】
【数４】
【００３９】実際には、固定子２１及び回転子２の鉄心
の磁気飽和の影響等があるので、（数４）の補正では不
十分である。そこで、更に補正係数β(t)に磁気飽和の
影響等を考慮した変数である調整変数γを導入すること
が望ましい。すると、補正係数β(t)は（数５）で表す
ことができる。
の磁気飽和の影響等があるので、（数４）の補正では不
十分である。そこで、更に補正係数β(t)に磁気飽和の
影響等を考慮した変数である調整変数γを導入すること
が望ましい。すると、補正係数β(t)は（数５）で表す
ことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】そこで、調整変数γをパラメータとして、
前記時間次数１２次の電磁力高調波成分を計算すると、
この調整変数γに対する電磁力高調波成分の変化は、図
８に示すようになる。調整変数γ＝０は、全く補正を施
していない状態を示している。この実施形態ではγ＝４
の場合には、γ＝０の場合（１００％）に対して１％程
度にまで低減することができる。従って、この電磁力高
調波成分に起因する振動や騒音を大幅に低減することが
できるようになる。
前記時間次数１２次の電磁力高調波成分を計算すると、
この調整変数γに対する電磁力高調波成分の変化は、図
８に示すようになる。調整変数γ＝０は、全く補正を施
していない状態を示している。この実施形態ではγ＝４
の場合には、γ＝０の場合（１００％）に対して１％程
度にまで低減することができる。従って、この電磁力高
調波成分に起因する振動や騒音を大幅に低減することが
できるようになる。
【００４２】電磁力変動記憶装置１３には、電磁解析や
実験によって得られる共振周波数と低減すべき電磁力高
調波成分と電流の高調波成分の時間次数，振幅，位相及
び調整変数等をテーブル等の形式で記憶させる。ｎ相の
固定子巻線を備えた永久磁石回転電機においては、電磁
力の高調波成分は、電気角で１８０／ｎ度の周期性を持
つ。従って、電磁力高調波に関するデータは電気角で１
８０／ｎ度の通電区間に関して記憶すれば、これを繰り
返して読み出して、全区間の補正に使用することができ
る。
実験によって得られる共振周波数と低減すべき電磁力高
調波成分と電流の高調波成分の時間次数，振幅，位相及
び調整変数等をテーブル等の形式で記憶させる。ｎ相の
固定子巻線を備えた永久磁石回転電機においては、電磁
力の高調波成分は、電気角で１８０／ｎ度の周期性を持
つ。従って、電磁力高調波に関するデータは電気角で１
８０／ｎ度の通電区間に関して記憶すれば、これを繰り
返して読み出して、全区間の補正に使用することができ
る。
【００４３】この実施形態によれば、固定子２１の円環
振動による振動及び騒音を低減することができる効果が
ある。
振動による振動及び騒音を低減することができる効果が
ある。
【００４４】また、時間次数１２次のものについて述べ
たが、他の時間次数における振動及び騒音に対しても同
様にして低減することができる。
たが、他の時間次数における振動及び騒音に対しても同
様にして低減することができる。
【００４５】また、補正係数β（ｔ）は、乗算器２３に
よって平均トルク指令値Ｔａｖに乗算して補正済みトル
ク指令Ｔｍｏｄを求めるように使用したが、乗算と等価
な補正成分を平均トルク指令値Ｔａｖに加算して補正済
みトルク指令Ｔｍｏｄを求めるようにしても良い。
よって平均トルク指令値Ｔａｖに乗算して補正済みトル
ク指令Ｔｍｏｄを求めるように使用したが、乗算と等価
な補正成分を平均トルク指令値Ｔａｖに加算して補正済
みトルク指令Ｔｍｏｄを求めるようにしても良い。
【００４６】次に、この実施形態の応用事例として、可
変速モータに適用した場合について説明する。
変速モータに適用した場合について説明する。
【００４７】図９は、振動振幅の周波数特性を例示した
ものである。この事例では、モータには複数の共振周波
数ｆ１，ｆ２が存在する。モータの回転数を変化させた
ときに、電磁力高調波成分の周波数が前記共振周波数ｆ
１，ｆ２に近づいたときは、前記補正機能手段を機能さ
せ、その他の周波数領域で運転しているときには前記補
正機能手段を停止するようにする。このようにすれば、
可変速モータにおいても、共振周波数において振動及び
騒音を低減することができ、なお且つ、非共振領域では
電磁力変動を補正する制御を省略することにより、制御
系の処理負担を軽減し、余剰の処理能力を他の制御処理
に利用することができるようになる。
ものである。この事例では、モータには複数の共振周波
数ｆ１，ｆ２が存在する。モータの回転数を変化させた
ときに、電磁力高調波成分の周波数が前記共振周波数ｆ
１，ｆ２に近づいたときは、前記補正機能手段を機能さ
せ、その他の周波数領域で運転しているときには前記補
正機能手段を停止するようにする。このようにすれば、
可変速モータにおいても、共振周波数において振動及び
騒音を低減することができ、なお且つ、非共振領域では
電磁力変動を補正する制御を省略することにより、制御
系の処理負担を軽減し、余剰の処理能力を他の制御処理
に利用することができるようになる。
【００４８】次に、本発明における第２の実施形態とし
て、３相４極の永久磁石回転電機の例を説明する。
て、３相４極の永久磁石回転電機の例を説明する。
【００４９】図１０は、この３相４極永久磁石回転電機
における固定子鉄心の縦断正面図である。この実施形態
において、固定子２１の毎相毎極当りの固定子鉄心１７
のスロット数ｎsppは「４」である。３相の固定子巻線
３の相帯は、電気角で６０度である。この相帯内の巻線
スロット数は、ｎsppに等しいので、４個である。ま
た、前述したように、電磁力の高調波成分は電気角で１
８０／ｎ度の周期性を持つ。すなわち、相帯毎に周期性
を有している。従って、１つの相帯内の４個の固定子巻
線スロットに関してサーチコイル３０ａ〜３０ｄを設け
れば、補正制御処理に必要な電磁力の高調波成分を十分
な精度で把握することができる。この各サーチコイル３
０（３０ａ〜３０ｄ）は、図１１に示すように、ティー
ス部１７ｃを囲むように１ターン以上巻線すれば良い。
における固定子鉄心の縦断正面図である。この実施形態
において、固定子２１の毎相毎極当りの固定子鉄心１７
のスロット数ｎsppは「４」である。３相の固定子巻線
３の相帯は、電気角で６０度である。この相帯内の巻線
スロット数は、ｎsppに等しいので、４個である。ま
た、前述したように、電磁力の高調波成分は電気角で１
８０／ｎ度の周期性を持つ。すなわち、相帯毎に周期性
を有している。従って、１つの相帯内の４個の固定子巻
線スロットに関してサーチコイル３０ａ〜３０ｄを設け
れば、補正制御処理に必要な電磁力の高調波成分を十分
な精度で把握することができる。この各サーチコイル３
０（３０ａ〜３０ｄ）は、図１１に示すように、ティー
ス部１７ｃを囲むように１ターン以上巻線すれば良い。
【００５０】図１２は、ティース部１７ｃに鎖交する磁
束の変化に基づいて電磁力を算出する信号処理の手順を
示している。また、この信号処理に対応する制御装置の
回路ブロックを図１３に示す。図１３に示した永久磁石
回転電機とその制御装置に関して、図１に示した実施形
態と同一または等価な構成部品については、同一の参照
符号を付して重複する説明を省略する。
束の変化に基づいて電磁力を算出する信号処理の手順を
示している。また、この信号処理に対応する制御装置の
回路ブロックを図１３に示す。図１３に示した永久磁石
回転電機とその制御装置に関して、図１に示した実施形
態と同一または等価な構成部品については、同一の参照
符号を付して重複する説明を省略する。
【００５１】回転位置情報信号θを参照して、ある設定
値の信号をトリガとして、各ティース部１７ｃのサーチ
コイル３０ａ〜３０ｄの誘起電圧を計測する。この誘起
電圧は、各ティース部１７ｃに鎖交する磁束の時間変化
に比例するので、この誘起電圧信号を時間で積分するこ
とにより、磁束密度を求めることができる。この積分
は、デジタル量に基づいて行っても良いし、積分回路を
用いても良い。径方向電磁力は概略径方向の磁束密度の
二乗に比例するので、磁束密度信号を二乗演算すること
により、電磁力を算出することができる。これらの各テ
ィース部１７ｃの電磁力データを空間に展開し、更に電
磁力高調波演算を施して電磁力の高調波成分を計算をす
る。これから、図６に示したように、直流成分と共振モ
ードと周波数が一致する電磁力の高調波成分を抽出す
る。これらの一連の信号処理は、図１３に示した電磁力
演算装置４０において行う。この演算結果に基づき、補
正係数発生回路１２で補正係数β（ｔ）を発生し、正弦
波基本波形に乗算する手段により、固定子巻線３に流す
駆動電流波形を補正する。
値の信号をトリガとして、各ティース部１７ｃのサーチ
コイル３０ａ〜３０ｄの誘起電圧を計測する。この誘起
電圧は、各ティース部１７ｃに鎖交する磁束の時間変化
に比例するので、この誘起電圧信号を時間で積分するこ
とにより、磁束密度を求めることができる。この積分
は、デジタル量に基づいて行っても良いし、積分回路を
用いても良い。径方向電磁力は概略径方向の磁束密度の
二乗に比例するので、磁束密度信号を二乗演算すること
により、電磁力を算出することができる。これらの各テ
ィース部１７ｃの電磁力データを空間に展開し、更に電
磁力高調波演算を施して電磁力の高調波成分を計算をす
る。これから、図６に示したように、直流成分と共振モ
ードと周波数が一致する電磁力の高調波成分を抽出す
る。これらの一連の信号処理は、図１３に示した電磁力
演算装置４０において行う。この演算結果に基づき、補
正係数発生回路１２で補正係数β（ｔ）を発生し、正弦
波基本波形に乗算する手段により、固定子巻線３に流す
駆動電流波形を補正する。
【００５２】なお、この実施形態において、電磁力変動
検出手段として、機械的変動を検出する素子を用いるこ
とができる。固定子鉄心の周囲に振動を検出する加速度
センサあるいは騒音を測定するマイクロフォンを設置
し、前述した電磁信号処理と同様の処理手法によって、
電磁力の高調波成分を取り出して処理することも可能で
ある。
検出手段として、機械的変動を検出する素子を用いるこ
とができる。固定子鉄心の周囲に振動を検出する加速度
センサあるいは騒音を測定するマイクロフォンを設置
し、前述した電磁信号処理と同様の処理手法によって、
電磁力の高調波成分を取り出して処理することも可能で
ある。
【００５３】この実施形態によれば、電動機や負荷機の
経年変化等にも対応して電磁力高調波成分を計算するこ
とができるので、振動及び騒音を更に低減することがで
きる効果がある。
経年変化等にも対応して電磁力高調波成分を計算するこ
とができるので、振動及び騒音を更に低減することがで
きる効果がある。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、回転電機の電磁力によ
る径方向の振動を低減することができ、この振動に起因
する騒音を低減することができる効果がある。
る径方向の振動を低減することができ、この振動に起因
する騒音を低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における永久磁石回転
電機の制御装置の回路ブロック図である。
電機の制御装置の回路ブロック図である。
【図２】第１の実施形態における永久磁石回転電機の縦
断側面図である。
断側面図である。
【図３】図２に示した永久磁石回転電機の縦断正面図で
ある。
ある。
【図４】第１の実施形態における空間０次の振動モード
を示す図である。
を示す図である。
【図５】第１の実施形態における空間０次の電磁力高調
波成分を示す図である。
波成分を示す図である。
【図６】第１の実施形態における電磁力高調波成分の時
間変化を示す図である。
間変化を示す図である。
【図７】第１の実施形態における１相の固定子巻線電流
波形である。
波形である。
【図８】第１の実施形態における調整変数に対する電磁
力の変化特性図である。
力の変化特性図である。
【図９】第１の実施形態における振動振幅の周波数特性
図である。
図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるサーチコイ
ル配置図である。
ル配置図である。
【図１１】第２の実施形態におけるサーチコイル巻線図
である。
である。
【図１２】第２の実施形態における信号処理の手順を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図１３】第２の実施形態の永久磁石回転電機の制御装
置の回路ブロック図である。
置の回路ブロック図である。
１…永久磁石回転電機、２…回転子、３…固定子巻線、
４…インバータ、５…直流電源、６…位置検出器、７…
エンコーダ、８ａ，８ｂ，８ｃ…電流検出器、９ａ，９
ｂ，９ｃ…電流制御装置、１０…正弦波発生回路、１１
…２相−３相変換回路、１２…補正係数発生回路、１３
…電磁力変動記憶装置、１４…位置検出回路、１５…Ｆ
／Ｖ変換器、１６…速度制御回路、１７…固定子鉄心、
１７ａ…固定子スロット、１７ｂ…ヨーク部、１７ｃ…
ティース部、１８…永久磁石、１９…回転子鉄心、２０
…回転子シャフト、２１…固定子、２２…温度センサ、
３０ａ〜３０ｄ…サーチコイル、４０…電磁力高調波演
算装置。
４…インバータ、５…直流電源、６…位置検出器、７…
エンコーダ、８ａ，８ｂ，８ｃ…電流検出器、９ａ，９
ｂ，９ｃ…電流制御装置、１０…正弦波発生回路、１１
…２相−３相変換回路、１２…補正係数発生回路、１３
…電磁力変動記憶装置、１４…位置検出回路、１５…Ｆ
／Ｖ変換器、１６…速度制御回路、１７…固定子鉄心、
１７ａ…固定子スロット、１７ｂ…ヨーク部、１７ｃ…
ティース部、１８…永久磁石、１９…回転子鉄心、２０
…回転子シャフト、２１…固定子、２２…温度センサ、
３０ａ〜３０ｄ…サーチコイル、４０…電磁力高調波演
算装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松延 豊
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 正木 良三
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 渋川 末太郎
茨城県ひたちなか市大字高場2520番地
株式会社 日立製作所 自動車機器事業
部内
(72)発明者 小泉 修
茨城県ひたちなか市大字高場2520番地
株式会社 日立製作所 自動車機器事業
部内
(56)参考文献 特開 平４−364394（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−78420（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 6/00 - 6/24
Claims (8)
- 【請求項１】固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動情報を記憶する電磁力変動記憶装置と、前記回転子
の磁極位置に応じて前記電磁力変動記憶装置から読み出
した電磁力変動情報に基づいてこの電磁力変動を補正す
る補正情報を発生する補正情報発生回路と、前記補正情
報によって駆動電流波形を補正する駆動波形補正手段を
設け、前記電磁力は、径方向に作用する電磁力成分であ
ることを特徴とする回転電機の制御装置。 - 【請求項２】固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動を検出する電磁力変動検出手段と、この電磁力変動
検出手段により検出した信号を基に電磁力高調波成分を
計算する電磁力高調波演算装置と、前記回転子の磁極位
置に応じて前記電磁力高調波演算装置から電磁力高調波
成分を読み出して電磁力変動を補正する補正情報を発生
する補正情報発生回路と、補正情報に基づいて前記駆動
電流波形を補正する駆動波形補正手段を設け、前記電磁
力は、径方向に作用する電磁力成分であることを特徴と
する回転電機の制御装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記駆動電流
波形を正弦波としたことを特徴とする回転電機の制御装
置。 - 【請求項４】 固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動情報を記憶する電磁力変動記憶装置と、前記回転子
の磁極位置に応じて前記電磁力変動記憶装置から読み出
した電磁力変動情報に基づいてこの電磁力変動を補正す
る補正情報を発生する補正情報発生回路と、前記補正情
報によって駆動電流波形を補正する駆動波形補正手段を
設け、前記電磁力は、高調波成分の空間次数が０次のも
のであることを特徴とする回転電機の制御装置。 - 【請求項５】 固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動を検出する電磁力変動検出手段と、この電磁力変動
検出手段により検出した信号を基に電磁力高調波成分を
計算する電磁力高調波演算装置と、前記回転子の磁極位
置に応じて前記電磁力高調波演算装置から電磁力高調波
成分を読み出して電磁力変動を補正する補正情報を発生
する補正情報発生回路と、補正情報に基づいて前記駆動
電流波形を補正する駆動波形補正手段を設け、前記電磁
力は、高調波成分の空間次数が０次のものであることを
特徴とする回転電機の制御装置。 - 【請求項６】 固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動情報を記憶する電磁力変動記憶装置と、前記回転子
の磁極位置に応じて前記電磁力変動記憶装置から読み出
した電磁力変動情報に基づいてこの電磁力変動を補正す
る補正情報を発生する補正情報発生回路と、前記補正情
報によって駆動電流波形を補正する駆動波形補正手段を
設け、前記電磁力は、高調波成分の空間次数が０次のも
のであることを特徴とする回転電機の制御装置。 - 【請求項７】 固定子鉄心に固定子巻線を施した固定子と
磁極を形成した回転子を備えた回転電機の前記固定子巻
線と直流電源の間に介在されるインバータと、前記回転
子の磁極位置に応じた駆動電流波形信号を発生する駆動
波形発生回路と、前記駆動電流波形信号と固定子巻線電
流検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を流す
ように前記インバータを制御する電流制御回路を備えた
回転電機の制御装置において、 前記固定子巻線を施した固定子鉄心に作用する電磁力の
変動を検出する電磁力変動検出手段と、この電磁力変動
検出手段により検出した信号を基に電磁力高調波成分を
計算する電磁力高調波演算装置と、前記回転子の磁極位
置に応じて前記電磁力高調波演算装置から電磁力高調波
成分を読み出して電磁力変動を補正する補正情報を発生
する補正情報発生回路と、補正情報に基づいて前記駆動
電流波形を補正する駆動波形補正手段を設け、前記電磁
力は、高調波成分の空間次数が０次のものであることを
特徴とする回転電機の制御装置。 - 【請求項８】 請求項１〜３の１項において、前記電磁力
は、高調波成分の空間次数が０次のものであることを特
徴とする回転電機の制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14994198A JP3366858B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 回転電機の制御装置 |
| EP99921192A EP1087517B1 (en) | 1998-05-29 | 1999-05-19 | Motor control device |
| US09/463,654 US6404152B1 (en) | 1998-05-29 | 1999-05-19 | Motor control device |
| PCT/JP1999/002635 WO1999063654A1 (fr) | 1998-05-29 | 1999-05-19 | Dispositif de commande de moteur |
| DE69930114T DE69930114T2 (de) | 1998-05-29 | 1999-05-19 | Motorregelvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14994198A JP3366858B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 回転電機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11341864A JPH11341864A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3366858B2 true JP3366858B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=15485926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14994198A Expired - Lifetime JP3366858B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 回転電機の制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6404152B1 (ja) |
| EP (1) | EP1087517B1 (ja) |
| JP (1) | JP3366858B2 (ja) |
| DE (1) | DE69930114T2 (ja) |
| WO (1) | WO1999063654A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017101866A1 (de) | 2016-02-01 | 2017-08-03 | Asmo Co., Ltd. | Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3499786B2 (ja) | 1999-11-25 | 2004-02-23 | 株式会社日立製作所 | 超高速永久磁石式回転電機システム |
| EP1211798B1 (en) | 2000-11-22 | 2018-01-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Motor control apparatus and motor control method |
| JP3582505B2 (ja) * | 2001-09-10 | 2004-10-27 | 日産自動車株式会社 | モーター制御装置 |
| US6774592B2 (en) * | 2001-12-03 | 2004-08-10 | Delphi Technologies, Inc. | Method and system for controlling a permanent magnet machine |
| WO2004055967A1 (ja) * | 2002-10-17 | 2004-07-01 | Denso Corporation | 交流回転電機の磁気騒音低減方法、それを用いるモータ制御装置及び交流回転電機装置 |
| JP3721368B2 (ja) * | 2003-05-23 | 2005-11-30 | ファナック株式会社 | モータ制御装置 |
| DE102004001932B4 (de) * | 2004-01-14 | 2009-10-01 | Minebea Co., Ltd. | Verfahren zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors und Motorsteuerung |
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| JP4239886B2 (ja) * | 2004-04-14 | 2009-03-18 | 株式会社デンソー | 交流回転電機の磁気音制御方法 |
| JP2007043889A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-02-15 | Denso Corp | モータ制御装置 |
| CN100461615C (zh) * | 2005-06-27 | 2009-02-11 | 株式会社电装 | 电机控制设备 |
| JP2007295672A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Denso Corp | モータ制御装置 |
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